KR20100128854A - 배치식 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

복수개의 기판이 로딩되어 있는 챔버에 고온의 가스를 공급한 후 가스의 대류에 의해 챔버의 내부 온도를 균일하게 제어함으로써 복수개의 기판에 대하여 균일한 기판 처리가 수행되도록 하는 배치식 기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 배치식 기판 처리 장치는, 복수개의 기판을 동시에 열처리할 수 있는 배치형 기판 처리 장치로서, 복수개의 기판(10)에 대하여 기판 처리 공간을 제공하는 챔버(200); 복수개의 기판(10)을 가열하는 메인 히터(300); 복수개의 기판(10)이 로딩되어 지지되는 보트(400); 및 챔버(200) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 노즐(500)을 포함하고, 챔버(200) 내에서 가스의 대류 운동에 의하여 챔버(200) 내의 온도가 균일하게 제어되는 것을 특징으로 한다.

배치식 기판 처리 장치, 기판, 가스, 대류, 온도 제어

Description

배치식 기판 처리 장치{Batch Type Substrate Treatment Apparatus}

본 발명은 배치식 기판 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복수개의 기판이 로딩되어 있는 챔버에 고온의 가스를 공급한 후 공급된 가스의 대류에 의해 챔버의 내부 온도를 균일하게 제어함으로써 복수개의 기판에 대하여 균일한 기판 처리가 수행되도록 하는 배치식 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체, 평판 디스플레이 및 태양전지 등을 제조하기 위해서는 실리콘 웨이퍼나 글래스와 같은 기판 상에 소정의 박막을 증착하거나 증착된 박막을 결정화 또는 상 변화 시키는 등의 기판 처리 공정을 수행해야 한다.

대표적인 기판 처리 공정으로는 액정 디스플레이 또는 박막형 실리콘 태양전지를 제조하는 경우 기판 상에 증착된 비정질 실리콘막을 폴리 실리콘막으로 결정화시키는 실리콘 결정화 공정이 있다.

일반적으로 비정질 실리콘의 결정화를 위해서는 550 내지 650℃의 고온으로 기판을 가열할 수 있는 기판 처리 장치를 필요로 한다. 한편, 최근에는 기판 처리의 생산성 제고를 위하여 복수개의 기판을 동시에 처리할 수 있는 배치식 기판 처리 장치가 많이 이용되고 있다.

배치식 기판 처리 장치에서 히터는 기판의 주위를 둘러싸는 형태로 배치된다. 따라서, 히터의 열은 먼저 기판의 에지부에 인가된 후 기판의 중심부로 전달되기 때문에 기판 처리 과정에서 기판의 에지부와 중심부간의 온도 차이가 발생하고 그 결과 기판의 전면적에 걸쳐 기판 처리 공정이 균일하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었다. 특히, 이러한 문제점은 기판의 사이즈가 커짐에 따라 더 심각하게 대두되고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 챔버에 로딩된 복수개의 기판을 동시에 처리할 때 고온의 가스를 챔버 내부로 공급하여 공급된 가스가 챔버 내에서 대류하면서 열을 전달함으로써 기판 전면적에 걸쳐 균일한 기판 처리를 수행할 수 있는 배치식 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 챔버에 로딩된 복수개의 기판을 동시에 처리할 때 고온의 가스를 챔버 내부로 공급하여 공급된 가스가 챔버 내에서 대류하면서 열을 전달함으로써 복수개로 로딩되어 있는 기판 전체에 대하여 균일한 기판 처리를 수행할 수 있는 배치식 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배치식 기판 처리 장치는, 복수개의 기판을 동시에 열처리할 수 있는 배치형 기판 처리 장치로서, 상기 복수개의 기판에 대하여 기판 처리 공간을 제공하는 챔버; 상기 복수개의 기판을 가열하는 메인 히터; 상기 복수개의 기판이 로딩되어 지지되는 보트; 및 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급 노즐을 포함하고, 상기 챔버 내에서 상기 가스의 대류 운동에 의하여 상기 챔버 내의 온도가 균일하게 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 챔버 내의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출 노즐을 더 포함할 수 있다.

상기 가스 공급 노즐과 상기 가스 배출 노즐은 서로 대향하여 배치될 수 있다.

상기 가스 공급 노즐에 공급되는 가스를 가열하는 보조 히터를 더 포함할 수 있다.

상기 가스는 질소일 수 있다.

상기 가스 공급 노즐은 복수개의 단위 노즐로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 챔버 내부로 공급된 고온 가스의 대류에 의해 챔버에 로딩되어 있는 기판의 전면적에 걸쳐 균일하게 기판 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 챔버 내부로 공급된 고온 가스의 대류에 의해 챔버에 로딩되어 있는 복수개의 기판을 균일하게 기판 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 챔버 내부의 온도와 챔버에 로딩된 복수개의 기판에 대한 기판 처리가 균일하게 제어됨으로써 기판 처리의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판 처리 장치(100)의 구성을 나타내는 단면도 및 평면도이다.

먼저, 배치식 기판 처리 장치(100)에 로딩되는 기판(10)의 재질은 특별히 제한되지 않으며 글래스, 플라스틱, 폴리머, 실리콘 웨이퍼, 스테인레스 스틸 등 다 양한 재질의 기판(10)이 로딩될 수 있다. 이하에서는 LCD나 OLED와 같은 평판 디스플레이나 박막형 실리콘 태양전지 분야에 가장 일반적으로 사용되는 직사각형 형상의 글래스 기판을 상정하여 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 배치식 기판 처리 장치(100)는 챔버(200), 메인 히터(300), 보트(400) 및 가스 공급 노즐(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 배치식 기판 처리 장치(100)는 가스 배출 노즐(600) 및 보조 히터(700)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

챔버(200)는 복수개의 기판에 대한 기판 처리 공간을 제공한다.

챔버(200)의 하단으로는 챔버(200)에 탑재되는 후술하는 보트(400)의 출입을 위해 커버(210)가 개폐 가능하게 설치될 수 있다. 또한, 챔버(200)의 외측 하부에는 커버(210)를 통한 챔버(200)로의 보트(400) 출입을 위해 보트(400)를 승강시키는 승강 수단(미도시)이 설치될 수 있다. 배치식 기판 처리 장치에서 승강 수단을 이용하여 보트를 챔버의 내부로 이송하는 기술은 본 기술분야에서 공지의 내용이므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.

챔버(200)의 외주면으로는 챔버(200)에 로딩되는 복수개의 기판을 가열하는 메인 히터(300)가 설치된다. 메인 히터(300)는 외부에서 전원을 공급받아 열을 발생시켜, 기판(10)을 가열한다. 메인 히터(300)에 의한 가열 온도는 기판 처리에 적합한 온도인 것이 바람직하다. 메인 히터(300)의 재질은 니크롬, 칸탈(Kanthal) 등을 포함할 수 있다.

보트(400)는 기판(10)을 복층으로 로딩하여 지지한다. 보트(400)는 석 영(Quartz)으로 이루어진다. 챔버(200)로 로딩되는 기판(10)은 보트(400)에 장착된 상태에서 로딩 및 언로딩 될 수 있다.

가스 공급 노즐(500)은 챔버(200) 내로 가스를 공급한다. 가스 공급 노즐(500)은 챔버(200)의 내부 일측에 챔버(200)의 중심을 향하여 가스를 공급할 수 있도록 수직으로 배치된다. 이때, 가스 공급 노즐(500)이 배치되는 위치는 복수개의 기판(10)이 로딩된 상태로 챔버(200) 내에 배치되어 있는 보트(400)와 간섭하지 않는 위치인 것이 바람직하다. 가스 공급 노즐(500)은 보트(400)의 최상부까지 가스를 공급할 수 있는 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

가스 공급 노즐(500)을 통해 공급되는 가스는 후술하는 보조 히터(700)에 의해 가열될 수 있다. 가스 공급 노즐(500)을 통해 공급되는 가스는 질소인 것이 바람직하다.

가스 공급 노즐(500)은 복수개의 가스 공급 단위 노즐(510)로 이루어질 수 있다. 복수개의 가스 공급 단위 노즐(510)은 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판 처리 장치의 가스 공급 노즐(500)을 구성하는 가스 공급 단위 노즐(510)의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 가스 공급 단위 노즐(510)의 표면에는 챔버(200)에 로딩된 기판(10)에 대하여 가스를 공급할 수 있도록 공급홀(520)이 형성된다. 공급홀(520)은 복수개의 기판에 대응하도록 복수개로 형성되는 것이 바람직하다. 공급 홀(520)은 챔버(200) 중심측을 향하여 형성된다. 따라서, 공급홀(520)을 통해 공급되는 가스는 챔버(200)의 중심측에 위치되는 기판(10)에 접촉할 수 있다.

가스 배출 노즐(600)은 챔버(200)로 공급된 가스를 챔버(200)의 외부로 배출한다. 가스 배출 노즐(600)은 챔버(200)의 내부 일측에 가스 공급 노즐(500)과 대향하여 수직으로 배치된다. 도 2를 참조하면, 서로 대향하고 있는 가스 공급 노즐(500)과 가스 배출 노즐(600)은 기판(10)의 장변측에 배치되어 있지만, 기판(10)의 단변측에 배치될 수도 있다.

가스 배출 노즐(600)은 복수개의 가스 배출 단위 노즐(610)로 이루어질 수 있다. 복수개의 가스 배출 단위 노즐(610)은 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판 처리 장치의 가스 배출 노즐(600)을 구성하는 가스 배출 단위 노즐(610)의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 가스 배출 단위 노즐(610)은 표면에는 챔버 내부의 가스를 흡기한 후 외부로 배기할 수 있도록 하는 배기홀(620)이 복수개로 형성된다. 배기홀(620)은 챔버(200)의 중심측을 향하여 형성된다.

다시 도 2를 참조하면, 가스 공급 단위 노즐(510)과 가스 배출 단위 노즐(610)은 3개씩 배치되어 있다. 그러나, 가스 공급 단위 노즐(510)과 가스 배출 단위 노즐(610)의 배치 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다.

한편, 챔버 내에 퍼져 있는 가스의 회수를 원활히 하기 위하여 가스 배출 단 위 노즐(610)의 개수는 가스 공급 단위 노즐(510)의 개수보다 많게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기와 동일한 목적으로 가스 배출 단위 노즐(610)에 형성되는 배기홀(620)의 개수도 가스 공급 단위 노즐(510)에 형성되는 공급홀(520)의 개수보다 많게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기와 동일한 목적으로 가스 배출 단위 노즐(610)의 직경도 가스 공급 단위 노즐(510)의 직경보다 크게 하는 것이 바람직하다.

보조 히터(700)는 가스 공급 노즐(500)을 통해 공급되는 가스를 가열한다. 보조 히터(700)는 가스 공급 노즐(500)과 관로(710)에 의해 연결된다. 보조 히터(700)에 의해 가열된 가스는 가스 공급 단위 노즐(510)의 공급홀(520)을 통해 챔버(200)의 내부로 공급된다. 이때, 보조 히터(700)는 챔버(200) 내의 실제 기판 처리 온도와 동일한 온도로 가스를 가열할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 경우에 따라서 보조 히터(700)는 챔버(200) 내의 실제 기판 처리 온도보다 높은 온도로 가스를 가열할 수 있게 할 수도 있다. 기판 처리 온도보다 높은 온도의 가스를 공급하게 되면 기판 처리 과정에서 여기되는 기판의 위치에 따른 온도의 불균일성을 보다 신속하게 완화시킬 수 있다.

한편, 본 발명에서 보조 히터(700)의 설치는 생략될 수 있으며 이 경우에는 메인 히터(300)를 이용하여 가열한 가스를 챔버(200)의 내부로 공급할 수도 있다.

이하 첨부의 도면을 참조하여 배치식 기판 처리 장치(100)의 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 복수개의 기판(10)을 보트(400)에 로딩한다. 이후, 챔버(200) 하부의 커버(210)를 개방한 후, 승강 수단(미도시)을 이용하여 보트(400)를 챔버(200)의 내부로 장입시킨다. 이후, 커버(210)를 폐쇄하여 챔버(200)의 내부를 외부 환경과 격리시킨다. .

다음으로, 챔버(200)의 외주면에 설치된 메인 히터(300)를 동작시켜 열을 발생시킨다. 메인 히터(300)에서 발생된 열은 기판(10)으로 인가되어 기판(10)을 가열한다. 메인 히터(300)에 의한 기판(10)의 가열 온도는 기판 처리, 예를 들어 비정질 실리콘의 결정화 온도인 것이 바람직하다.

한편, 메인 히터(300)와는 별개로 보조 히터(700)를 동작시킨다. 보조 히터(700)는 외부에서 공급되는 가스를 소정의 온도로 가열한다. 여기서, 가열되는 가스는 질소일 수 있다. 이때, 보조 히터(700)에 의해 가열되는 가스의 온도는 메인 히터(300)에 의해 가열되는 기판(10)의 온도와 동일하게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 보조 히터(700)에 의해 가열되는 가스의 온도는 메인 히터(300)에 의해 가열되는 기판(10)의 온도보다 높게 할 수도 있다.

다음으로, 메인 히터(300)에 의해 기판(10)이 소정의 온도로 가열되는 과정에 보조 히터(700)에 의해 가열된 가스는 관로(710)를 통해 가스 공급 노즐(500)로 공급된다. 이때 챔버(200)에 가스를 공급하는 시점은 메인 히터(300)에 의해 기판(10)이 가열되는 과정뿐만 아니라 메인 히터(300)의 동작 전 또는 메인 히터(300)의 동작과 동시에 가열된 가스를 챔버(200)로 공급할 수도 있다.

가스 공급 노즐(500)로 공급된 가스는 각각의 가스 공급 단위 노즐(510)에 형성된 공급홀(520)을 통해 챔버(200)의 내부로 공급된다. 챔버(200)의 내부로 공 급된 가스는 대류 운동에 의하여 챔버(200)의 내부에 균일하게 퍼지게 된다. 물론, 챔버(200)의 내부에 가스가 균일하게 퍼지는 과정은 가스의 대류 운동뿐만 아니라 가스의 확산 운동에 기인할 수도 있음을 밝혀 둔다.

이와 같은 가스의 대류 운동에 의하여 챔버(200)의 내부 전체에 열을 신속하고 균일하게 전달함으로써 챔버(200)에 로딩되어 있는 복수개의 기판(10) 전체에 대해서도 신속하고 균일하게 기판 처리에 필요한 열이 전달될 수 있게 된다. 그 결과 본 발명의 배치식 기판 처리 장치(100)에서는 각 기판(10)의 전면적 및 전체 기판(10)에 대하여 균일한 기판 처리를 수행할 수 있게 되며, 메인 히터(300)만을 사용하여 기판(10)을 가열하는 경우에 야기되는 기판(10)의 위치에 따른 온도의 불균일성에 의하여 기판 처리가 균일하게 이루어지지 못하는 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다.

한편, 가스 공급 노즐(500)을 통하여 챔버(200)의 내부로 공급된 가스는 기판(10)을 가열하는 역할을 수행한 후 가스 배출 노즐(600)을 통하여 챔버(200)의 외부로 배출된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도 및 평면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판 처리 장치의 가스 공급 노즐을 구성하는 가스 공급 단위 노즐의 구성의 일 예를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판 처리 장치의 가스 배출 노즐을 구성하는 가스 배출 단위 노즐의 구성의 일 예를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판

100: 기판 처리 장치

200: 챔버

300: 메인 히터

400: 보트

500: 가스 공급 노즐

510: 가스 공급 단위 노즐

520: 공급홀

600: 가스 배출 노즐

610: 가스 배출 단위 노즐

620: 배기홀

Claims (6)

1. 복수개의 기판을 동시에 열처리할 수 있는 배치형 기판 처리 장치로서,

   상기 복수개의 기판에 대하여 기판 처리 공간을 제공하는 챔버;

   상기 복수개의 기판을 가열하는 메인 히터;

   상기 복수개의 기판이 로딩되어 지지되는 보트; 및

   상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급 노즐;

   을 포함하고,

   상기 챔버 내에서 상기 가스의 대류 운동에 의하여 상기 챔버 내의 온도가 균일하게 제어되는 것을 특징으로 하는 배치식 기판 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 챔버 내의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 기판 처리 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 가스 공급 노즐과 상기 가스 배출 노즐은 서로 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 배치식 기판 처리 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 가스 공급 노즐에 공급되는 가스를 가열하는 보조 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 기판 처리 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 배치식 기판 처리 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 가스 공급 노즐은 복수개의 단위 노즐로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배치식 기판 처리 장치.

Images